電動汽車動力傳動系統的總體設計及參數的匹配計算案例目錄TOC\o"1-3"\h\u13038電動汽車動力傳動系統的總體設計及參數的匹配計算案例 1211041.1電動汽車動力傳動系統的方案設計 1245811.2江淮純電動汽車電能傳輸路徑分析 2299891.3電動汽車動力傳動系統參數設計 3137201.1.1車輛參數 421721.1.2傳動機構布置方案 4168691.1.3蓄電池的選擇 5100471.1.4主驅動電機的選擇 8187071.1.5變速器傳動比參數選擇 9322201.1.6變速器齒輪設計計算 1084141.1.7變速器傳動軸設計計算 12818（1）輸入軸設計計算 123038（2）輸出軸設計計算 14281201.1.8軸承的校核計算 15汽車的傳動系統的設計和優化是為汽車整體性能提升的關鍵，對于傳統車市如此，對于電動汽車的設計也是如此，優化設計的動力傳動系統在機械結構上和駕駛性能上都能提供更好的駕駛感受和駕駛體驗，本次設計的對象是為江淮新能源電動汽車的傳動系統作設計，針對該電動汽車設計傳動方案和傳動系統的相關參數設計，并針對設計選定參數的結果進行驗證。1.1電動汽車動力傳動系統的方案設計提供設計方案之前明確本次設計對江淮新能源電動汽車傳動系統的設計方案優化的目的在于保證能夠為電動汽車提供所需動力的前提，盡可能減少在使用過程中汽車能量的損耗，延長電池系統的供電時間，從而盡可能增加該款江淮電動汽車的續航里程增加。綜合以上的考慮因素，在設計電動汽車的傳動系統時，可以從優化布局結構入手，以此來減少能量損耗和動力損耗，提高機械的傳輸效能。本次設計根據實際的需求繪制出江淮新能源電動汽車動力傳動系統的結構示意圖，如圖3-1所示。圖3-1江淮純電動汽車動力傳動系統結構從上圖中可以直觀看出，江淮純電動汽車傳動系統的組成部分，1是該電動汽車傳動系統的主電機；2為電機控制器，其主要作用是在控制三個電機的工作和配合；3為蓄電池，為汽車行駛儲存和釋放電能；4為變速器，其作用是為汽車行駛的變速增距，倒擋倒車等功能的實現；5為驅動橋。這樣的結構設計，電機直接連接變速機構，大大減少了電能的損耗[15]。1.2江淮純電動汽車電能傳輸路徑分析通常對汽車功率的分析分成兩種不同工況，在不同工況下所需要的功率不同，從電動汽車的運行狀況去分類分成兩類，一類是在正常工況下運作時的功率，所謂正常工況即在運行時所需要的功率通過電動機不負載正常運行的情況下進行傳輸，這種情況下的能量傳遞的方向就如下圖所示：3→2→1→4→5→兩個前輪。非正常工況下，就是在該工況下不僅僅主電機進行工作，兩外兩個輪轂電機也會隨著進行工作，進行能量的回收和儲存。此時，在這種工況下參與能量回收和只懂得電機變成三個，能量的傳輸路徑也發生了變化：前輪→5→4→1→2→3，后輪→2→3，如圖3-2所示圖3-2正常工況下的功率路徑動力傳動系統在車輛行駛過程中占據中重要的地位，對于純電動汽車來看，是否能將傳動系統的結構設計優化，在很大程度上就決定車輛的性能，尤其是在能量損耗方面，良好的結構設計能夠更加節能，將電動汽車的續航和能量的分配更合理[16]。圖3-3能量回收的功率途徑1.3電動汽車動力傳動系統參數設計通過前面的敘述可以了解，傳動系統的設計對汽車整體性能的重要性，但是決定整車性能的不光有傳動系統的結構設計和選擇很重要，傳動系統的參數選擇也同樣尤為重要，本次設計將從以下參數的設計和選擇對江淮純電動汽車的整車性能考慮：主驅動電機、電池組的選擇等。1.1.1車輛參數表3-1江淮純電動汽車整體參數表基本參數參數值基本參數參數值整車質量主減速器傳動比滾動阻力系數軸距機械效率車輪滾動半徑迎風阻力迎風面積旋轉質量換算系數/表3-2江淮純電動汽車性能參數表基本性能參數參數值基本性能參數參數值最高車速續駛里程最大爬坡度加速時間/s1.1.2傳動機構布置方案圖中為傳動機構的布置方案。上圖為傳動機構的布置方案，其中1是一擋主動齒輪；2是二擋主動齒輪；3是一擋從動齒輪；4是二擋從動齒輪；5是主減速器主動齒輪；6是主減速器從動齒輪。I是變速器輸入軸；II是變速器輸出軸；III是主減速器輸出軸，T是同步器。1.1.3蓄電池的選擇電動汽車與傳統燃油車得區別主要就在于一個動力來源是電池組，一個是燃油燃燒的能量轉化，一提起電動汽車，續航里程一直是人們最關注也是最重要的部分，讓電動汽車不再有續航里程的焦慮，電動汽車的蓄電池選擇就顯得尤為重要，電池組的使用性能越好、容量越大，那么電動汽車的續航里程自然也就越遠，但是，并不是一味的通過增加電池數量的手段來增加續航里程，因為車輛的空間有限，除了電池組的布局還有很多其他機械元件的布置，所以，電池的儲電量多，體積小才是最優的選擇，這樣不光可以從電池的電量上滿足車輛的使用，還能再空間和自身重量上優化，做到更節能，通過前面我們對幾種常用的電池性能和實際情況的考慮，本次設計對江淮純電動汽車的電池選擇選用鎳氫電池，能夠在保證續航里程和耐久的情況下，減少對環境的污染，在充放電的速度上也是優于其他電池[17]。本次選用電池的主要性能參數如下表3-4所示：表3-4蓄電池參數額定電壓峰值功率額定容量Ah尺寸額定能量體積通過查閱資料，可知該款鎳氫電池在不同條件下充放電的性能曲線如下圖所示3-6、3-7、3-8所示圖3-6蓄電池室溫放電曲線圖3-7蓄電池高溫放電曲線圖3-8蓄電池室溫充電曲線通過電池組數與各運行速度曲線的關系如下圖3-9所示：圖3-9行駛230km時速度一電池模塊數曲線通過上圖我們可以看到當車輛在行駛狀態下各速度的電池模塊數關系，當速度達到三十千米每小時時，對應的電池模塊數取整為25塊，下圖3-10為每組蓄電池的對應參數：蓄電池額定容量額定能量額定電壓峰值功率電池組數目電池組重量圖3-10蓄電池參數1.1.4主驅動電機的選擇電動汽車作為汽車能夠達到的最快速度是其中性能的一個方面，在最快行駛速度下所匹配的功率就是該車的額定功率：（1.1）帶入參數，通過計算可以得到：Pe=11.97KW。車輛的速度性能指標在選定的參數下通常有主電機的最大功率的大小決定的，比如在零百加速等加速性能的測試中，最大的輸出功率即為驅動電機的最大功率： （1.2）代入最大爬坡角度11.31°，行駛速度20km/h，得到最大功率P1=20.67KW，零百加速測試中通過參數計算得到電機在此時運行的最大功率 （1.3）將零百加速過程的時間十秒代入得：P2=102.46KW。通過上述參數計算，可以得出江淮純電動汽車最大的電機驅動功率為Pmax=102.46KW （1.4）當ne=3500r/min，可以計算出Te=38.12N·m。nmax=5800r/min，可以算出Tmax=168.71N·m。通過參數的計算可以確定主驅動電機的參數如下表3-5：表3-5主驅動電機的參數電機參數參數值電機參數參數值額定功率峰值轉矩峰值功率額定轉矩額定轉矩峰值1.1.5變速器傳動比參數選擇在車輛行駛過程中，汽車的一檔傳動比是汽車在進行上坡的過程中克服地面對車輛的阻力驅使車輛在向上的力讓車輛行駛的最小參數：（1.5）代入參數值，通過計算得：i11.73。另一個參數臨界值就是在汽車的驅動力小于車輛在行駛過程中所受的阻力時的臨界值的參數： （1.6）常見的行駛路面我們通過查閱資料可知，帶入參數φ=0.6，計算出臨界范圍值：i1≤12.86。綜合最大臨界值和最小臨界值可以得出一檔傳動比的范圍：[1.73，12.86]。二擋傳動比同樣需要設定最大值和最小的臨近取范圍： （1.7）代入參數計算可知：1.03 又 （1.8）代入參數值條件：i26.73。綜合上面計算的臨界范圍二檔傳動比值范圍為：[1.03，6.73]。通過查閱資料可知通常汽車的最大值imax范圍在[12-18][6]，考慮在使用過程中變速器的換擋的使用平順和流暢需要滿足，且，綜合上述條件，本次設計中選擇i1=1.68，i2=2.46。1.1.6變速器齒輪設計計算（1）一擋齒輪設計計算：變速器齒輪設計計算首先需要考慮的就是選擇強度和剛度能夠滿足齒輪在運行過程中所受的應力作用，根據條件確定合適的材料作為變速器齒輪的制作材料，查閱資料和強度的要求變速器1、3齒輪的材料選擇20CrMnTi，表面處理采用滲碳、淬火和回火的方式提高材料的強度。根據選擇材料的強度界值要求，保證使用的安全性和耐久，安全系數取SH為1.5，SF為2.0，通過參數值： ， （1.9）計算得出：[σH1]和[σH3]的值相等均為1000Mpa，[σF1]與[σF3]的值相等均為426Mpa。K取1.3,=0.6通過以上參數可計算出齒輪上的力矩值：，。取z1=20，z2=z1×i1=69.4，取z2=70，則實際傳動比。，，計算出YFa1=2.78，YFa3=2.13，YSa1=1.67，YSa3=1.86。計算得 又 （1.10）則mn=2.66，取整mn=3。中心距：=147.04mm，取a=150mm。，齒輪1的分度圓直徑=61.91mm，齒寬=37.15mm，取b3=40mm，b1=45mm。驗算齒面接觸強度 （1.11）取ZE=189.8，Zβ=，齒輪的圓周速度，因此選7級精度是合適的。（2）各齒輪參數σH=868.88Mpa<[σH]，安全。變速器的齒輪選定參數見下表3-3所示：表3-3變速器各齒輪參數表檔位齒輪法向模數齒寬中心距螺旋角旋向精度等級一檔Z1右Z3左二檔Z2右Z4左主減速器Z52左Z6右1.1.7變速器傳動軸設計計算（1）輸入軸設計計算傳動軸的輸入軸由于強度要求與一軸不相同，所以兩者選擇的材料也不相同，輸入軸選擇的材料為20CrMnTi，表面處理方法與一軸相似，采用滲碳、淬火、回火處理[20]。根據輸入軸強度和功率轉速的要求，可得： （1.12）算出該車輛變速器輸入軸得最小直徑，即直徑大于等于29.19mm.=30.65mm。所以綜上所述選取得為：b×h×L=10×8×36。輸入軸每段周得長度和軸得直徑可見零部件圖。FaFaFrFtAB53204CFaFrFHAFHBFtFVAFVB46.5圖3-11輸入軸受力分析圖T1=162351.67N·mm，則，，。通過力得平衡可知在垂直平面內方程組： ， （1.13）計算得：FVA大小為2001.54N，FVB大小為106.82N。通過力得平衡可知在水平平面內方程組： ， （1.14）計算得：FHA大小為4264.04N，FHB大小為978.80N。 （1.15）根據上述式子可知，當α為1時，可以得到得Memax=260128.44N·mm。 （1.16）求得σe=10.96Mpa<[σ-1b]=90Mpa，計算結果符合實際應用情況。（2）輸出軸設計計算令輸出軸與輸入軸材料相同，表面處理方式也一樣: （1.17）P2=P1×η軸承×η齒輪=99.42KW，n2==951.09r/min，取C=95，得：d=44.85mm，取整則dmin=45mm。輸出軸一擋主動齒輪受力圖如下：圖3-12輸出軸受力簡圖T2=T1×η軸承×η齒輪=596398.72N·mm，。通過力得平衡可知在垂直平面內并列方程組：得：FVD大小為1440.00N，FVE大小為1919.42N。通過力得平衡可知在水平平面內方程組：求得：FHD大小為7222.66N，FHE大小為11805.77N。 （1.18）根據上述式子可知，當α為1時，可以得到Memax=944018.18N·mm。 （1.19）求得σe=14.62Mpa<[σ-1b]=90Mpa，計算結果符合實際應用情況。1.1.8軸承的校核計算(1)輸入軸的軸承校核輸入軸的軸承型號選擇：30307，裝配方式正裝。，， （1.20）取，則。計算可知：，。，所以軸承A得狀態為壓緊狀態，軸承B得狀態為放松狀態。，，，，可知：，；， （1.21）計算知：PA=5442.60N，PB=984.71N。所以根據計算結果軸承的狀態可知只需要對A進行校核即可。 （1.22）正常家用車使用時常按照常規時間計算，擬定常規使用時間為十年，每年使用天數在三百天左右，每天正常使用時間為三小時，則總使用時長為9000小時，可以得到ε=，則，結果符合要求。(2)輸出軸的軸承校核輸入軸的軸承型號選擇：30310，裝配方式正裝，，。 （1.23），則。，。，所以軸承D得狀態為壓緊狀態，軸承E得狀態為放松狀態。=10521.45N，，，，，；， （1.24）大小為13669.62N，大小為11959.79N。所以根據計算結果軸承的狀態可知只需要對D進行校核即可。 （1.25）=1.2，=1，=，，則，故滿足要求。1.1.9驅動橋驅動橋主要由主減速器、差速器等部件組成。（1）主減速器的選擇主減速器常見的幾種形式主要有以下幾類：中央主減速器、單級主減速器、雙速主減速器、雙擊貫通式主減速器，本次設計對象為江淮純電動汽車，本文方案是將電動機和傳動系集成在一起，由差速器、減速器和軸組成，這種設計所具有的優點是傳動平穩、體積小、質量輕、動力輸出直接。綜合比較幾款主減速器的優缺點，本次設計采用單級主減速器[15]。通過車輛參數根據車輛的最大轉矩和傳動比計算主減速器的載荷:代入參數計算可知：轉矩Tce=1